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김희탁 교수, 도넛모양 황화리튬 이용 리튬황이온전지 개발
〈 팽민 예 연구교수, 김희탁 교수 〉
우리대학 생명화학공학과 김희탁 교수(나노융합연구소 차세대배터리센터) 연구팀이 기존 리튬이온전지보다 높은 에너지 밀도를 가지면서 저렴하고 600사이클 이상의 수명을 갖는 도넛 모양 활물질 구조의 리튬황이온전지를 개발하는데 성공했다.
전기자동차의 배터리로 사용되는 리튬이온전지는 낮은 에너지 밀도 때문에 1회 충전시 가능 주행 거리가 짧아 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 리튬황전지의 개발이 10여 년 간 경쟁적으로 이뤄져 왔지만 리튬황전지는 음극인 리튬금속전극의 취약한 가역성으로 인해 전지의 사이클 수명을 확보하는데 어려움이 많았다.
이러한 문제 해결을 위해 연구팀은 리튬금속음극 대신 리튬이온전지에 사용되는 사이클 수명이 우수한 흑연음극 이용과 함께 용량이 높은 황화리튬(Li2S) 양극을 결합해 에너지 밀도와 수명 향상에 힘썼다. 그러나 황화리튬이 고가이고, 흑연음극과 황화리튬 양극의 사이클 수명을 동시에 만족하는 전극 및 전해액 설계기술이 없어 기술적인 한계가 있었다.
이에 연구팀은 저가의 황산리튬(Li2SO4)을 원재료로 도넛 모양의 황화리튬 양극 활물질을 제조했다. 그러면서 고농도 염 전해액을 이용해 흑연음극과 황화리튬 양극을 이용한 리튬황이온 전지를 구현했다. 내부가 비어있는 도넛 모양의 황화리튬은 리튬이온의 전달력을 향상시켜 높은 충, 방전 가역성을 보였고, 고농도 염 전해액은 흑연전극 표면에 안정적인 막을 형성해 우수한 내구성을 보였다.
연구팀은 이 기술을 통해 기존 리튬이온전지보다 30% 높은 에너지 밀도를 구현함과 동시에 600사이클 이상의 수명을 확보하는 데 성공했다. 연구팀의 도넛모양 황화리튬 전극은 저가의 원재료를 이용하면서 단일 열처리 공정으로 제조할 수 있고, 기존 리튬이온전지에 적용할 수 있어 산업적으로 활용할 수 있을 것으로 보인다.
김희탁 교수는 “저가 황 화합물을 리튬이온전지에 적용해 에너지 밀도와 수명을 동시에 향상시킬 수 있음을 증명했다”고 말했다. 이번 연구는 KAIST 나노융합연구소와 한국과학기술연구원 및 한국연구재단 기초연구지원사업의 지원으로 수행됐다.
팽민 예(Fangmin Ye) 연구교수가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 지난 7일자 온라인 판 논문에 게재됐다.
□ 그림 설명
그림1. 도넛 모양 황화리튬 활물질 구조 및 제조 원리
2018.05.24 조회수 17998 -
제14회 KAIST 조정훈 학술상에 ADD 홍윤기 박사
〈 홍 윤 기 박사 〉
우리 대학이 ‘제14회 KAIST 조정훈 학술상’ 수상자로 국방과학연구소(ADD) 홍윤기 박사를 선정했다.
‘KAIST 조정훈 학술상’은 2003년 5월 로켓실험실에서 연구를 수행하던 중 불의의 사고로 숨진 故 조정훈 명예박사를 기리기 위한 상이다.
故 조 박사의 부친인 조동길 교수(공주대학교)가 유족보상금과 사재를 합쳐 우리 대학에 학술기금으로 기부한 4억 7천 800만원을 기반으로 제정됐으며, 2005년부터 매년 항공우주공학분야에서 뛰어난 연구업적을 이룬 젊은 과학자를 발굴해 시상하고 있다.
우리 대학은 이 기금으로 조 박사가 재학했던 KAIST와 고려대, 공주사대부고에서 매년 각 1명씩 장학생을 선발해 장학금을 수여하고 있다. 학술상 수상자에게는 2천 500만원, 대학(원)생은 400만원, 고등학생에게는 300만원의 장학금이 지급된다.
국방과학연구소 홍윤기 박사는 기술 수입이 불가능한 극초음속 비행체의 내열 구조 및 추진기관 시험평가를 위한 지상시험장치 핵심구성품인 공기가열장치의 독자적인 설계 및 해석 연구를 수행했다.
동료들과의 협업을 통해 기술 선진국들만이 보유한 공기가열장치의 개발과 그 운용성능을 입증하는 성과를 통해 그 공로를 인정받았다.
또한 한국과학기술단체총연합회가 주는 과학기술 우수논문상과 방위사업청장 표창 등을 수상한 바 있다.
우리 대학은 홍윤기 박사 외에 항공우주공학과 백승관 박사과정, 고려대 기계공학과 조원희 석박사통합과정, 공주사대부고 이재헌 학생 등 3명을 장학생으로 선발했다. 장학금 수여식 행사는 11일(금) 오전 본원에서 진행될 예정이다.
2018.05.09 조회수 15213 -
조은애 교수, 사용량 90% 줄이고 수명 2배 늘린 백금촉매 개발
〈 조 은 애 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 조은애 교수 연구팀이 백금 사용량을 90% 줄이면서 동시에 수명은 2배 향상시킨 연료전지 촉매를 개발했다.
임정훈 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 4월호(4월 11일자)에 게재됐다.
연료전지는 대기오염 물질을 배출하지 않는 친환경 발전장치로 기존 발전 설비를 대체할 수 있다. 연료전지를 주원료로 이용하는 수소 전기차 한 대는 성인 70명이 호흡하는 공기로부터 미세먼지와 초미세먼지를 98% 이상 정화할 수 있는 달리는 공기청정기로 불린다.
하지만 이 연료전지에 전극촉매로 사용되는 백금의 비싼 가격은 상용화를 가로막는 큰 장벽이다. 또한 현재 개발된 탄소 담지 백금 나노촉매는 상용화 기준에 못 미치는 산소환원반응 활성과 내구성을 보여 한계로 남아있다.
연구팀은 기존 백금 기반 촉매들의 산소환원반응 활성 및 내구성을 증진하는 것을 목표했다. 우선 백금과 니켈 합금 촉매를 합성한 뒤 성능 증진을 위해 여러 금속 원소를 도입한 결과 갈륨이 가장 효과적임을 발견했다.
연구팀은 백금-니켈 합금 촉매를 팔면체 형태의 나노입자로 만들고 나노입자의 표면에 갈륨을 첨가해 기존 백금 촉매에 비해 성능을 12배 향상시켰다.
특히 기존 연료전지 촉매들이 대부분 실제 시스템에 적용하는 데는 실패한 반면 조 교수 연구팀은 개발한 촉매를 이용해 연료전지를 제작해 가격을 30% 줄이고 수명도 2배 이상 향상시켜 실제 적용이 가능함을 증명했다.
1저자인 임정훈 연구원은 “기존 합성 방법으로 제조 가능한 백금 니켈 합금 촉매 표면에 갈륨을 첨가해 가열만 하면 촉매가 합성되기 때문에 기존 공정에 쉽게 도입이 가능하고 대량 생산이 용이해 실용화 가능성이 높다.”고 말했다.
조은애 교수는 “연료전지의 가격저감과 내구성 향상을 동시에 달성한 연구 성과로 수소 전기차, 발전용 연료전지의 시장경쟁력 제고가 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 에너지기술평가원, 한국연구재단 기후변화대응사업과 국방과학연구소의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 내구성 평가 후의 촉매 입자 형상 변화
2018.04.17 조회수 19143 -
박병국, 김갑진 교수, 고효율 스핀 신소재 개발
〈 박 병 국 교수, 김 갑 진 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 박병국 교수와 물리학과 김갑진 교수 연구팀이 자성메모리(Magnetic Random Access Memory, MRAM) 구동의 핵심인 스핀전류를 효율적으로 생성하는 새로운 소재를 개발했다.
이번 연구는 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 3월 19일자 온라인 판에 게재됐다.
이 연구는 고려대 이경진 교수, 미국국립표준연구소(NIST)의 Mark Stiles 박사 연구팀 등과 공동으로 수행됐다.
자성메모리는 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있고 집적도가 높으며 고속 동작이 가능해 차세대 메모리로 주목받고 있다.
자성메모리의 동작은 스핀전류를 자성소재에 주입해 발생하는 스핀토크로 이뤄지기 때문에 스핀전류의 생성 효율이 자성메모리의 소모 전력을 결정하는 핵심 기술이다.
이번 연구에서는 강자성-전이금속 이중층이라는 새로운 소재 구조에서 스핀전류를 효과적으로 생성할 수 있음을 이론 및 실험을 통해 규명했다. 특히 이 구조는 기존 기술과 달리 생성된 스핀전류의 스핀 방향을 임의로 제어할 수 있다.
이 소재를 차세대 메모리로 주목받는 스핀궤도토크 기반 자성메모리에 적용하면 스핀토크 효율이 높아지고 외부자기장 없이 동작이 가능해 스핀궤도토크 자성메모리의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
스핀궤도토크 자성메모리는 고속 동작 및 비휘발성 특성으로 S램(D램에 대응하는 반도체 기억소자로 전원만 공급하면 기억된 정보가 계속 소멸하지 않는 램) 대비 대기전력을 획기적으로 감소시켜 모바일, 웨어러블, 사물인터넷용 메모리로 활용 가능하다.
이번 연구성과는 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 강자성-전이금속 이중층에서 스핀전류 생성 개략도
2018.04.13 조회수 20816 -
신성이엔지-KAIST 연구센터 개소
우리 대학과 국내 대표 반도체 장비 솔루션 기업인 신성이엔지(대표 이완근, 김주헌, 이지선)가‘신성-KAIST 인공지능 자동화 시스템 연구소’를 개소했다.
9일 11시 30분 진행된 이번 개소식에서 두 기관은 중소 및 중견기업의 연구개발을 공동으로 수행하고 개발된 기술을 신속히 사업화하는 4차 산업혁명 시대의 새 산학협력 모델을 제시할 예정이다.
인공지능 기술은 음성 및 이미지 인식, 게임, 엔터테인먼트 분야 등에 활발히 적용되고 있지만 산업계에서의 활용은 걸음마 단계이다. 그러나 전 세계적으로 인공지능의 산업적 활용을 목적으로 한 벤처기업들이 설립 중이고 많은 기업들이 산업 인공지능 기술에 주목하고 있다.
이러한 흐름에 발맞춰 신성이엔지와 우리 대학은 서로 협력해 산업 인공지능 기술을 집중적으로 연구하기 위한 센터를 설립했다.
이번에 개소한 신성-KAIST 인공지능 자동화 시스템 연구소는 인공지능 기반 기술을 활용해 반도체 공장 운영의 핵심인 자동 반송 시스템을 개발하고 사업화해 국내 중견기업이 글로벌 리더로 성공할 수 있는 기술적 기반을 다질 예정이다.
장영재 교수는 "연구센터의 핵심은 학계와 산업계의 벽을 허물어 기업과 학교가 함께 한 팀으로 산업계의 혁신을 만들고 산업AI의 학문을 주도하는데 있다"고 말했다.
2018.04.09 조회수 13855 -
KAIST Vision Week 개최
우리 대학이 3월 19일(월)부터 23일(금)까지 대전 본원에서 비전위크(VISION Week)를 개최한다.
우리 대학의 새로운 비전 선포를 기념하기 위해 마련된 비전 위크에서는 세계적 석학과 오피니언 리더가 참석하는 국제 규모의 행사가 열린다. 드론, AI, 코딩 등 첨단 과학기술을 겨루는 대회와 인재 양성, 행정, 국방안보 등의 분야를 심도 깊게 논의하는 포럼이 진행된다.
행사 첫날인 19일(월)에는 우리 대학의 새로운 랜드마크인 학술문화관 개관식이 열린다. 융합과 창조의 교육 연구 환경을 확충하고 학생들의 창의력을 극대화시킬 목적으로 신축된 공간이다.
20일(화)에는 KAIST 비전 2031 선포식이 개최된다.‘글로벌 가치창출, 선도대학’이라는 그랜드 비전 아래 ‘교육, 연구, 기술사업화, 국제화, 미래전략’등 5개 분야 혁신 방안에 대한 구체적인 계획이 발표된다.
같은 날 열리는 KAIST 총장자문위원회(President's Advisory Council, PAC)에서는 학교의 현안 및 계획을 바탕으로 향후 발전 방향에 관해 국내외 최고 전문가들의 자문 및 논의가 이뤄질 예정이다.
21일(수)에는 수학 분야 세계적 석학들의 강연이 열린다. 94년 필즈상 수상자 에핌 젤마노프(Efim Zelmanov, UC San Diego/KIAS 석좌교수)와 96년 오즈월드 베블런 기하학상(Oswald Veblen Prize in Geometry) 수상자 티엔 강(Gang Tian, 베이징 대학 부총장)이 연사로 나선다.
명상 과학연구소 개소식도 진행된다. 지난해 8월부터 설립을 추진해왔으며 뇌과학, 의과학 등은 물론 전기및전자공학부와 전산학부, 인문사회과학부 등 교내 타 학과들과의 융합연구를 진행할 계획이다.
22일(목)에는 글로벌 리더스 포럼(Global Leader's Forum)이 개최된다. 1985년 노벨 물리학상 수상자인 클라우스 폰 클리칭(Klaus von Klitzing, 막스 플랑크 고체연구소 교수)과 2002년 노벨 화학상 수상자인 쿠르트 뷔트리히(Kurt Wűthrich, 스위스 연방공과대학교 교수)가 교수 및 학생들과 토론을 벌일 예정이다.
행사 마지막 날인 23일(금)에는 전국 중고생을 대상으로 하는 KAIST 크리에이티브 팀 코딩 챌린지(KAIST Creative Team Coding Challenge)가 열린다. 사전에 주어진 코딩 과제를 제출해 1차 심사에 통과한 팀에게 출전권이 주어진다. 대회 당일 직접 코딩한 결과물을 시연하고 발표하는 2차 심사를 거쳐 최종 우승팀이 결정된다.
또한, 레이싱 드론으로 장애물 코스를 비행해 실력을 겨루는 드론 레이싱 대회, 온라인 시뮬레이션 환경에서 스스로 기술을 학습한 인공지능 선수들이 축구 경기를 벌이는 AI 월드컵 대회, 학교의 과거, 현재, 미래를 퀴즈로 풀어보는 ‘KAIST 골든벨을 울려라’도 개최된다.
이 밖에도, 공과대학의 실험실을 대중에게 개방하는 오픈 KAIST 행사, 푸드 트럭, 버스킹 공연, 플리 마켓, 음악회, 백남준 미디어 아트 기획전 등 다채로운 즐길 거리도 제공될 계획이다.
신성철 총장은 “비전 2031은 설립 60주년을 맞는 2031년까지 세계 10위권 선도대학으로의 도약을 이루기 위한 중장기 플랜이자 전략”이라며 “학교의 역사와 미래 지향점을 소개하는 자리가 국민과 화합하는 축제의 장으로 거듭나길 기대한다”고 말했다.
2018.03.15 조회수 19126 -
제 8회 KINC 융합연구상에 남윤성, 박인규 교수 연구팀 선정
우리 대학 나노융합연구소(연구소장 정희태)는 13일(화) 본교 KI빌딩에서 참여 교수님들의 융합연구 장려 및 대학원생들의 연구 의욕 고취를 위한 제 8회 ‘KINC 융합연구상’ 시상식을 개최했다.
‘KINC 융합연구상’은 전년도에 이뤄진 융합연구를 대상으로 창의성과 융합성이 가장 우수한 융합연구를 선정해 연구에 참여한 연구원과 책임자에게 수여하는 상이다.
연구자의 노고를 격려하고 선정된 우수 연구 성과를 구성원들과 함께 공유함으로써 융합연구 활성화 제고를 위한 취지로 마련됐다.
올해 8번째를 맞이하는 ‘KINC 융합연구상’ 수상자는 유전공학적 변형을 거친 섬유형의 바이러스를 이용해 귀금속(Pd) 나노 와이어를 상온 상압에서 계면활성제 없이 합성에 성공한 연구 성과로 신소재공학과 남윤성 교수, 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 선정됐다.
특히 이 연구는 귀금속 활성물질의 성능을 극대화 하려는 공통된 공학적 문제의식을 가지고 표면활성이 우수한 귀금속 나노와이어를 합성하고 실제 센서 소자로서의 응용 연구를 함께 진행하였기에 두 연구팀의 융합성이 높게 인정됐다. ( 논문명 : Virus-Templated Self-Mineralization of Ligand-Free Colloidal Palladium Nanostructures for High Surface Activity and Stability, Advanced Functional Materials (2017))
행사를 주최한 정희태 소장은 “미래사회에는 융합이 산업에 혁명을 일으킬 핵심 키워드로 연구자들에게 보다 융합 연구의 중요성이 제고돼야 하며, 앞으로 융합연구의 발전적인 연구 환경을 조성하기 위하여 더욱 노력할 계획이다.”라고 뜻을 밝혔다.
‘나노융합연구소’는 나노과학기술분야에 대해 학과간의 경계를 허물고 진정한 학제간 공동연구를 촉진해 창조적인 융합연구를 추진하기 위해 지난 2006년 6월 KAIST 연구원 산하에 설립됐다. 현재 나노융합연구소는 14개 학과의 90여명의 교수가 참여하고 있으며 세계를 선도하는 나노융합연구 허브대학연구소를 목표로 우리 대학의 대표적인 융합연구소로 자리 잡고 있다.
2018.03.14 조회수 13273 -
성형진 교수, 미세유체 칩 내 액적 부피 제어 기술 개발
우리 대학 기계공학과 성형진 교수 연구팀(유동제어연구실)이 고주파수의 음향방사현상을 이용해 미세유체 칩 내 액적의 부피를 정교하게 제어하는 기술을 개발했다.
초소형 미세유체 칩 내에서 극미량의 유체 샘플을 이용해 복잡한 반응 및 실험을 수행하기 위해서는 정교한 미세유체역학기술이 요구된다. 특히 서로 섞이지 않는 두 유체로 구성된 미세액적을 기반으로 하는 액적 기반 미세유체역학 분야에서 액적의 부피를 정교하게 제어하기 위한 액적 분할 기술의 개발을 위해 많은 노력이 있었다.
하지만 지금까지 개발된 미세액적 분할 기술은 정교한 액적 부피 제어가 어렵고 복잡한 시스템이 요구되며 제한된 유체 샘플에만 적용 가능하고 병렬 조작이 어려운 한계를 지니고 있었다.
이번 연구에서 연구팀은 고주파수 음파를 이용해 미세유체 칩 내 움직이는 미세액적에 국소적으로 음향 방사력을 인가해 원하는 크기로 액적을 분할할 수 있음을 보였다.
개발된 음향방사현상 기반 액적 분할 기술은 액적 내 샘플에 물리적 손상을 가하지 않으면서도 비접촉식으로 표지 없이 액적을 정교하게 분할할 수 있다는 점에서 기존 기술 보다 진일보한 기술이라는 평가를 받았다.
아울러 기존의 액적 분할 기술들이 외력과 액적 이동 방향이 수직을 이루는 직교 배열을 차용하고 있는 것과 달리 두 방향이 나란한 평행 배열을 채택하여 병렬 조작이 가능하다.
또한 기존 기술과 달리 미세유체 칩과 외력 생성을 위한 기판의 비가역적 결합이 필요하지 않아 미세유체 칩을 손쉽게 교체할 수 있다는 특징을 지녀 기존 기술보다 상용화 유리한 기술이다.
박진수 박사과정이 제 1저자로 참여한 이번 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 미세유체역학 및 마이크로타스(microTAS) 분야의 국제학술지 랩온어칩(Lab on a Chip)지 2018년 3호의 표지논문으로 선정됐다.
박진수 박사과정은 “본 연구에서 개발된 기술을 통해 미세액적에 국소적으로 음향방사력을 가해 미세유체칩 내 움직이는 미세액적을 원하는 크기로 정교하게 분할할 수 있다”고 말했다.
성형진 교수는 “본 연구에서 개발된 기술이 액적 기반 미세유체역학을 활용한 제약, 생화학, 물질합성, 의학, 생명공학 연구 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 KAIST-KUSTAR, 한국연구재단의 창의연구지원사업과 글로벌박사펠로우십, 극지연구소의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 랩온어칩 표지논문
2018.03.02 조회수 17861 -
최원호 교수, 전기바람 발생 원리 규명
우리 대학 물리학과 최원호 교수가 전북대 문세연 교수와의 공동 연구를 통해 전기 바람(Electric wind)이라 불리는 플라즈마 내 중성기체 흐름의 주요 원리를 규명했다.
이는 플라즈마 내 존재하는 전자나 이온과 중성입자 사이의 상호작용에 대한 기초 연구로 플라즈마를 이용하는 유체 제어기술 등 플라즈마 응용 기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
박상후 박사가 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 25일자 온라인 판에 게재됐다.
두 개의 서로 다른 입자 무리로 구성된 유체역학 문제는 수세기 동안 뉴턴을 포함한 많은 과학자들의 관심을 지속적으로 받아 온 연구주제이다.
전자나 이온과 중성입자 간의 충돌로 인한 상호작용은 지구나 금성의 대기에서도 일어나는 여러 자연현상의 기초 작용으로 흔히 알려져 있다. 플라즈마에서의 전기바람은 이 상호작용을 통해 나온 결과의 대표적인 예다.
전기바람이란 전하를 띈 전자나 이온이 가속 후 중성기체 입자와 충돌해 발생하는 중성기체의 흐름을 말한다. 선풍기 날개와 같이 기계적인 움직임 없이 공기의 움직임을 일으킬 수 있는 방법으로 기존의 팬을 대체할 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있다.
최근에는 이와 같은 플라즈마 기술을 적용해 트럭 및 선박에서 발생하는 공기저항을 감소시켜 연료효율의 증가와 미세먼지 발생 감소, 풍력발전기 날개 표면의 유체 분리(flow separation)의 완화, 도로 터널 내 공기저항 및 미세먼지 축적 감소, 초고층 건물의 풍진동 감소와 같은 응용기술 개발이 여러 나라에서 활발히 시도되고 있다.
대기압 플라즈마 내에 전기장이 강하게 존재하는 공간에서 전자나 이온이 불균일하게 분포되면 전기바람이 발생한다. 전기바람의 주요 발생 원인은 현재까지도 명확하게 밝혀지지 않아 유체 제어와 관련한 여러 응용분야에 적용하는데 어려움이 있었다.
연구팀은 대기압 플라즈마를 이용해 전기바람 발생의 전기 유체역학적 원리를 밝히는데 성공했다. 전기 유체역학적 힘에 의한 스트리머 전파와 공간전하 이동의 효과를 정성적으로 비교하는 데 성공했다.
연구팀은 스트리머 전파는 전기바람 발생에 큰 영향을 주지 못하고 오히려 스트리머 전파 이후 발생하는 공간전하의 이동이 주요 원인임을 밝혔다. 특정 플라즈마에서는 음이온이 아닌 전자가 전기바람 발생의 핵심 요소임을 확인했다.
또한 헬륨 플라즈마에서 최고 초속 4m 속력의 전기바람이 발생했는데 이는 일반적인 태풍 속력의 4분의 1 정도이다. 이러한 결과를 통해 전기바람의 속력을 효율적으로 제어할 수 있는 기초 원리를 제공할 수 있을 것으로 보인다.
이번 연구는 하전입자와의 상호작용으로 인해 중성기체 흐름이 발생하는 원리를 실험을 통해 설명했고 정확한 분석법과 설득력을 갖췄다는 평을 받는다.
최 교수는 “이번 결과는 대기압 플라즈마와 같이 약하게 이온화된 플라즈마에서 나타나는 전자나 이온과 중성입자 사이의 상호작용을 학문적으로 이해하는데 유용한 기반이 될 것이다”며 “ 이를 통해 경제적이고 산업적 활용이 가능한 플라즈마 유체제어 분야를 확대하고 다양한 활용을 가속화하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 국가핵융합연구소의 미래선도플라즈마-농식품융합기술개발사업과 산업통상자원부의 사업화연계기술개발사업(R&BD)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 약전리 대기압 제트 플라즈마 사진
그림2. 대기압 헬륨 제트 플라즈마의 고전압 펄스 폭 및 높이에 따른 전기바람 속력의 변화
2018.02.19 조회수 23353 -
장호종 교수, 2018 ISIITA 최우수 논문 발표상 수상
〈 장 호 종 연구교수 〉
우리 대학 IT융합연구소 장호종 연구교수가 ‘2018 정보기술 및 응용분야 혁신 국제 심포지엄(ISIITA : The International Symposium on Innovation in Information Technology Application)에서 최우수 논문 발표상을 수상했다.
국제 심포지엄 ISIITA는 고도의 정보기술 응용 분야의 선도적 연구자들이 모여 기술의 융합에 대해 교류하는 국제적 네트워킹 심포지엄이다.
장 교수는 이번 심포지엄에서 최우수 논문 발표상을 수상했다. (논문명 : A Study on the Measurement of Aptamer in Urine Using SiPM)
이 논문은 질병의 조기 진단을 위해 소변의 나트륨 및 칼륨 농도를 압타머의 발광량을 통해 실시간 측정하고 분석하는 시스템 개발에 관한 내용이다.
소자 내부증폭으로 저조도의 빛 양을 100만 배 증폭시킬 수 있어 단일광자도 측정이 가능한 실리콘 광증배관을 활용했다.
장 교수는 “추후 원심분리 등의 별도 과정 없이 신속한 진단이 가능한 ‘포인트 오브 케어 테스트(Point-of-care test)’ 시스템이 개발되면 질병의 조기진단 및 감염 여부를 실시간으로 확인 가능할 것이다”며 “추후 핵심 기술 보편화를 통해 삶의 질을 높이는 적정기술로의 발전을 꾀할 예정이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 선행공정·플랫폼기술연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2018.02.12 조회수 18064 -
양찬호 교수, 전기적 위상 결함 제어기술 개발
〈 양 찬 호 교수, 김 광 은 박사과정 〉
우리 대학 물리학과 양찬호 교수 연구팀이 강유전체 나노구조에서 전기적인 위상 결함을 만들고 지울 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술을 통해 전기적 위상 결함 기반의 저장 매체를 개발한다면 대용량의 정보를 안정적으로 저장할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 포스텍 최시영 교수, 포항 가속기연구소 구태영 박사, 펜실베니아 주립대학 첸(Long-Qing Chen) 교수, 캘리포니아 대학 라메쉬 교수 등과 공동으로 수행됐다. 김광은 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 26일자에 게재됐다.
위상학은 물체를 변형시켰을 때 물체가 가지는 성질에 대한 연구를 하는 학문으로, 원과 삼각형은 위상학적으로 동일한 물질이라고 할 수 있다.
2016년도 노벨 물리학상 발표 기자회견에서 노벨위원회는 위상학의 개념을 구멍이 한 개 뚫린 베이글 빵, 구멍이 없는 시나몬 빵, 유리컵 등에 비유했다. 시나몬 빵과 유리컵은 다르게 보이지만 구멍이 없다는 점만 따지면 위상학적으로 같은 물질이 된다. 하지만 구멍의 개수가 다른 베이글과 시나몬 빵은 위상학적으로 다른 물질이 되는 식이다.
즉 물질에서 위상학적이라 함은 연속적인 변형으로는 그 특성을 변화시킬 수 없는 절대적인 보존량을 말한다. 이러한 위상학적 특징을 이용해 정보저장 매체를 만들면 외부의 자극으로부터 보존되며 사용자의 의도대로 쓰고 지울 수 있는 이상적인 비휘발성 메모리를 제작할 수 있다.
강유전체와 달리 강자성체(자기적 균형이 깨진 상태, 외부 자기장을 제거해도 자기장이 그대로 남아있음)의 경우는 소용돌이 형태의 위상학적 결함 구조가 이미 구현됐다.
반면 외부 전기장 없이도 스스로 분극을 갖는 강유전체는 자성체에 비해 위상학적 결함 구조를 더 작은 크기로 안정시키고 더 적은 에너지를 이용해 조절할 수 있다는 장점이 있음에도 불구하고 초보적인 연구 단계에 머물러 있었다. 실험적으로 위상학적 결함 구조를 어떻게 안정화시키며 어떠한 방식으로 조절할 것인지에 대한 연구가 부족했기 때문이다.
연구팀은 문제 해결을 위해 강유전체 나노구조에서 비균일한 변형을 줘 위상학적 결함 구조를 안정시키는 데 성공했다. 연구팀은 강유전체 나노접시(ferroelectric nanoplate) 구조를 특정 기판 위에 제작해 접시의 바닥면에는 강한 압축 변형을 주는 동시에 옆면과 윗면은 변형에서 자유로운 구조를 만들었다.
이러한 구조는 방사형으로 압축변형 완화(Compressive strain relaxation)가 일어나 격자의 변형이 오히려 강유전체의 소용돌이 구조를 안정화시키게 된다. 연구팀은 이번 연구가 고밀도, 고효율, 고안정성을 갖춘 위상학적 결함기반 강유전 메모리에 핵심적인 원리를 제시했다고 말했다.
양 교수는 “강유전체는 부도체이지만 위상학적 강유전 준입자가 국소적으로 전자 전도성을 수반할 수 있어 새로운 양자소자 연구로 확대될 수 있을 것이다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 창의연구지원사업, 선도연구센터지원사업, 글로벌프론티어사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 전기적 위상 결함 개수를 조절하여 만든 5가지의 다른 위상 구조
2018.02.08 조회수 36782 -
최원호 교수, 플라즈마로 바이오필름 제거 기술 개발
〈 박 주 영 박사과정, 최 원 호 교수, 박 상 후 박사 〉
우리 대학 물리학과 최원호 교수, 서울대 조철훈 교수 공동 연구팀이 대기압 저온 플라즈마를 통해 페트병 등 식품 보관 용기 표면에 존재하는 대장균, 박테리아 등 일명 바이오필름을 손쉽게 제거할 수 있는 기술을 개발했다.
이는 플라즈마를 물에 처리해 활성화시켜 발생하는 화학반응을 이용해 바이오필름을 제거하는 방식으로 기존 기술보다 안전하고 손쉬워 다양한 용도로 사용 가능할 것으로 기대된다.
박상후 박사, 박주영 박사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 재료분야 국제 학술지 ‘미국화학회 어플라이드 머티리얼즈&인터페이시스(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 2017년도 12월 20일자에 게재됐다.
대기압 플라즈마는 대기 중에서 여러 형태로 플라즈마 및 2차 생성물을 방출할 수 있는 장점을 갖는다. 번개도 플라즈마의 일종인데 번개를 통해 공기 중 질소가 질소화합물이 돼 땅 속에 스며들어 토양을 비옥하게 만드는 것이 대표적인 사례이다.
이런 장점을 활용해 플라즈마는 에너지 및 환경 분야부터 생의학 분야까지 다양한 연구와 산업분야에 응용되고 있으며 플라즈마의 반응성 및 활용성을 높이기 위한 연구들이 전 세계적으로 활발히 진행 중이다.
최근에는 의료기술, 식품, 농업 등 다양한 분야에 살균을 목적으로 한 활성화, 기능화 등 측면에서 대기압 플라즈마를 적용하고 있다.
그러나 대기압 플라즈마로부터 발생하는 활성종의 종류, 밀도, 역할 등은 현재까지도 명확하게 밝혀지지 않아 기술을 적용하는 데 큰 어려움이 있었다.
연구팀은 플라즈마를 물에 처리시켜 활성수로 만들어 대장균, 살모넬라, 리스테리아 등 유해한 미생물이 겹겹이 쌓여 막을 이룬 형태를 뜻하는 바이오필름을 제거하는 방법을 개발했다.
플라즈마를 처리할 때 발생하는 활성종은 수산기(하이드록시기, OH*), 오존, 과산화수소, 아질산이온, 활성산소 등이다. 연구팀은 그 중 수산기가 다른 활성종에 비해 100 배에서 1만 배 낮은 농도임에도 불구하고 산화력이 높아 바이오필름 제거에 큰 역할을 하는 것을 확인했다.
연구팀은 그 외에 발생된 오존, 과산화수소, 아질산 이온 등에 대해서도 바이오필름을 제거할 수 있는 기능이 있음을 정량적으로 증명했고 이를 통해 살균제로서 대기압 플라즈마의 역할을 규명했다.
연구팀은 향후 후속 연구를 통해 플라즈마로 수산기를 효율적으로 생산할 수 있는 기술을 개발할 예정이다.
최 교수는 2013년 플라즈마 발생이 가능한 포장재를 특허로 등록했고 지도학생 창업기업인 플라즈맵에 기술이전을 완료했다. 이번 연구를 통해 플라즈마 살균 기술의 상용화에 힘쓰는 중이다.
최 교수는 “이번 연구결과는 플라즈마 제어 기술과 플라즈마-미생물 간 물리화학적 상호작용을 이해하는데 유용한 기반이 될 것이다”며 “의학, 농업, 식품 분야에서의 플라즈마 기술의 활용이 가속화되는 계기가 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 국가핵융합연구소의 미래선도 플라즈마-농식품 융합기술 개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1.플라즈마 발생이 가능한 포장재
그림2.대기압 플라즈마를 이용한 바이오필름 저감 실험 개략도
그림3.대기압 플라즈마 적용 개념도 및 핵심요소 평가 결과
그림4.스타트업 기업인 플라즈맵(Plasmapp)에서 시판중인 STERPACK 제품
2018.01.23 조회수 22549